(一)放射線照射

　　放射性可直接或間接地對生物體發(fā)生作用，α-射線具有高能粒子作用,，γ-射線具有電磁波作用,，使生物體組織成分的分子激勵或離子化;最終是化學鍵被切生成自由基，使機體被損害,，這是放射線對生物直接作用的結(jié)果,，這種方式是少量的。生物體內(nèi)含有大量水,，放射線首先使水分解,，產(chǎn)生反應(yīng)性非常高的自由基如H·和·OH等，H·和·OH可產(chǎn)生多種效應(yīng)如破壞機體各組織細胞等,，這是放射線對生物間接作用的結(jié)果,。

　　生物體還被外部宇宙線、倫琴射線以及β射線包圍,，使生物體沐浴在大量射線之中,，因而組織易遭損傷，加快老化的過程,。

　　(二)機體周圍自由基前身物的轉(zhuǎn)變

　　我們周圍環(huán)境有各種自由基或產(chǎn)生自由基的多種物質(zhì)存在,，如較穩(wěn)定的氮氧化合物NO、NO2自由基,，在大氣中還有汽車排出的碳化氫,，空氣煙霧中的氟利昂等經(jīng)太陽紫外線照射及光分解產(chǎn)生多種碳的自由基及鹵原子;大氣中的臭氧也可能轉(zhuǎn)變成過氧化物自由基,。食物中某些成分如茶葉在空氣中放置過久，自由基含量會升高,，還有一些脂類含有自由基的前身物以及過氧化物,、某些藥物、激素和類固醇等經(jīng)機體攝取后,，在代謝過程中也容易產(chǎn)生自由基,。

　　(三)生物體內(nèi)活性氧的生成

　　機體在代謝中不斷產(chǎn)生的自由基，種類繁多,，其中以活性氧最多,。

　　1.活性氧種類：氧是偶電分子，分子中存在一個σ鍵和兩個三電子π鍵,，其簡化結(jié)構(gòu)式為

　　,。O2可呈現(xiàn)兩種狀態(tài)，即單線態(tài)(singlet state)又稱為激發(fā)態(tài),，以1O2表示;另一種為三線態(tài)(triplet state),，又稱為基態(tài)，以3O2表示,，3O2可吸收能量變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài);

　　3O2+hυ→1O2

　　氧化能力的指標是以氧分子的還原分子之間的標準氧化還原電位(E01)而定,，如圖9-1所示。

　　圖9-2 氧分子及活性氧相互間的標準氧化還原電位(pH7.0)O:1.0Atm

　　圖9-3 脂質(zhì)過氧化反應(yīng)及其脂質(zhì)自由基的生成(LOOH,、LOO,、LO·)

　　氧是一個重要的電子受體，因所得電子數(shù)不同,，氧可產(chǎn)生多種還原產(chǎn)物：O2-,、·OH及H2O2，他們的E01均比O2高,，具有強的氧化能力。

　　O2+e→O2-

　　O2+2e+2H+→H2O2

　　O2+3e+3H+→·OH+H2O

　　O2+4e+4H+→2H2O

　　不飽和脂肪酸在1O2等作用下,，被氧化成過氧化脂(LOOH),，LOOH又可進一步使脂肪酸氧化，脂質(zhì)過氧化反應(yīng)及其脂質(zhì)自由基的生成如圖9-3示,。

　　以上所述的1O2,、O2-、H2O2,、·OH及LOOH等統(tǒng)稱為活性氧,，但是體內(nèi)不能產(chǎn)生活性的O2+及原子氧。

　　基態(tài)氧本身毒性很低,，但是O2-,、H2O2,、·OH、1O2及LOOH毒性較大,，這種活性氧的毒害作用稱為氧的毒性,。

　　2.活性氧的生成性質(zhì)

　　(1)超氧化物自由基(O2-)：O2-也可以HO2形式存在，HO2的pKa為8.4,，在生理pH為7.45條件下,，大部分以O(shè)2-形成存在，即HO2

　　H++O2-,。O2-是O2被一個電子還原生成,，再由O2-產(chǎn)生其它活性氧，O2-是造成氧毒性的主要物質(zhì),，在pH7.0時,，O2-/O2和(2H+、O2-)/H2O2的E01相應(yīng)為-330毫伏和+940毫伏,，O2-既可起氧化作用,，也可作為還原劑，當O2-作為還原劑時,，產(chǎn)物為H2O2,。

　　O2-的消除主要經(jīng)超氧化物歧化酶(SOD)催化生成O2和H2O2：

　　k=2.37×109M-1S-1,O2-也可自身進行歧化反應(yīng)，反應(yīng)速度相當慢：

　　H2O2與O2-反應(yīng)可生成反應(yīng)性更高的HO·及1O2：

　　O2-可被維生素C還原生成H2O2,，維生素C使O2-還原的速度常數(shù)為2.7×109M-1S-1,，與SOD催化的反應(yīng)速度常數(shù)相當，細胞內(nèi)維生素C濃度高,，因此維生素C有與SOD同等程度消除O2-的作用,。O2-還可被維生素E及谷胱甘肽(GSH)還原生成H2O2，GSH的-SH還原作用約相當于SOD的10%,。

　　由于O2-壽命短,，檢測有一定困難，只能用電子順磁共振波譜(ERR)檢出,。

　　(2)過氧化氫(H2O2)：H2O2可由O2-的歧化反應(yīng)生成,，在D-氨基酸氧化酶、L-氨基酸氧化酶,、葡萄糖氧化酶及亞硫酸鹽氧化酶等作用下,，把O2作為電子受體，經(jīng)兩個電子還原生成H2O2,，在線粒體中也能直接生成H2O2,。H2O經(jīng)放射線照射，一次生成·OH,，再生成H2O2,。

　　H2O2較穩(wěn)定,，反應(yīng)性低，在體內(nèi)濃度也比較低,，(大鼠肝臟中為10-9M),，對機體幾乎無毒性;H2O2可與鐵離子生成反應(yīng)性非常高的·OH：

　　H2O2+Fe2++H+→OH+Fe3++H2O

　　H2O2的消除依賴于兩種酶，一是過氧化氫酶,，催化H2O2歧化反應(yīng)：2H2O2→2H2O+O2;二是谷胱甘肽過氧化物酶,。在GSH參與下使H2O2分解，GSH則變成氧化型谷胱甘肽,。這兩種酶可消除體內(nèi)H2O2及過氧化物,，防止血紅蛋白及肝細胞膜部分被氧化破壞的可能。

　　(3)氫氧自由基(·OH)：體內(nèi)·OH從O2直接生成的反應(yīng)尚不清楚,，機體可由O2-生成系與H2O2生成系共同形成·OH自由基,。水經(jīng)放射線照射后的一級反應(yīng)產(chǎn)物是·OH，由于·OH氧化能力很強,，因此對機體毒性很大,。

　　H2O2+Fe2++H+→OH+Fe3++H2O

　　H2O2+O2-+H+→·OH+H2O+O2-

　　·OH在水中壽命很短，一般不易以自旋共振(ESR)方法檢出,，有人利用DMPO(5,，5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物)作自旋捕獲，成功地檢出白細胞內(nèi)產(chǎn)生的·OH,，因DMPO與·OH形成一個較穩(wěn)定的加成物DMPO-HO·,。另外也可采用生物反應(yīng)檢出。

　　(4)單線態(tài)分子氧(1O2)：1O2是一個強的親電子性的氧化劑,，可用化學方法生成,，也可由H2O2經(jīng)氧化生成，即H2O2由次氯酸氧化生成1O2：

　　NaClO+H2O2→1O2+NaCl+H2O2

　　1O2可與芳香族碳氫化合物進行一系列的反應(yīng),。

　　1O2可將能量轉(zhuǎn)移給其他物質(zhì)而變成3O2,，在此過程中，物質(zhì)(A)作為1O2的淬滅劑,，接受能量變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)(A*),，然后以熱的形式放出能量回到基態(tài)A。水也可作為1O2的淬滅劑,。

　　由于 1O2在水中壽命短，要檢測出1O2有一定困難,，最直接的證明是經(jīng)1O2→3O2+hυ的化學發(fā)光觀察,，1O2單分子發(fā)光波長為1269微米及760微米。1O2的壽命在D2O中比在水中長10倍,，以此均可證明1O2的存在,。最近有人利用光子計數(shù)器檢測微粒體中產(chǎn)生的1O2已獲得成功,。

　　(5)過氧化脂類：人體內(nèi)主要有亞油酸、亞麻酸及花生四烯酸,，多以磷脂形式存在于質(zhì)膜等生物膜中,。這些不飽和脂肪酸可受1O2氧化，也可經(jīng)·OH氧化生成過氧化脂質(zhì),，生物膜上脂類既可在O2-作用下生成過氧化脂質(zhì)(LO·,、LOO·、LOOH),，也可經(jīng)放射線照射生成脂類自由基(L·),，這種在脂類中微量存在的L·，在氧參與下進行鏈鎖反應(yīng),，加速過氧化過程,，如圖9-3所示。過氧化脂質(zhì)化學性質(zhì)活潑,，易進一步使脂類分解引起自由基反應(yīng),，也可使GSH氧化，而本身變成較穩(wěn)定的脂類羥基化合物(LOOH),。

　　氧自由基的生成,、氧化還原及激發(fā)過程如圖9-4所示。